定向能武器

定向能武器(directed 能量 weaponry,DEW)是指能够将化学能或电能转换为辐射能并将其聚焦在目标上的电磁武器系统,从而导致目标物理损伤,进而降低、中和、击败或摧毁对抗能力,是一种新型武器。

定向能武器是20世纪60、70年代开始发展的一类全新的航空武器系统。20世纪70年代,美国为其海军开发了氟化氘激光器(定向能武器),TRW公司的“中红外先进激光器”(MIRACL)也采用氟化氘激光器,于1987年打下5架亚音速BQM-34靶机。20世纪90年代,人们开始在固态激光器的基础上研制军用激光器,它是一种定向能武器。2006年,诺斯洛普·格鲁门公司开始研制100kW激光器(定向能武器)。2007年12月,“联合大功率固态激光器”项目的第1个实验型激光器链——“激光器链1”(LC1)成功演示,该项目是一种定向能武器。2010年5月及7月,美国海军激光武器系统(定向能武器)项目进行了一系列试验,使用固体激光器在海洋环境中成功击落多架无人机

定向能武器主要分为三类,分别为高功率微波武器激光炮粒子束武器。高功率微波武器在无线电和微波频率的广谱上产生电磁能量束(窄带和宽带),对目标系统内的电子设备造成一系列暂时或永久的影响;高能激光武器利用高功率激光的热效应、光电效应和热力耦合等效应直接使目标失效甚至毁伤;粒子束武器将注入的电子、质子、重离子等粒子加速到接近光速,通过电磁透镜在极短时间内把极大的能量传给目标,以此对目标造成软破坏或摧毁。

定向能武器的关键技术有脉冲驱动源技术、高功率微波产生技术、高功率微波发射技术等。优点有光速攻击目标、不受重力和空气动力学的影响、强大的破坏力等,缺点是单色性或窄带宽,即频谱范围小。该类武器的作战场景有日常维权、灰色博弈、分级威慑、多维破击等。发展趋势包括由“新概念”逐步到“实战化应用”,反无人机蜂群的主流,多功能、智能化、察打一体化等。

历史发展

定向能武器是20世纪60、70年代开始发展的一类全新的航空武器系统。氟化氘激光器是美国20世纪70年代为海军开发的一种定向能武器,是“鹦鹉螺战术高能激光器”论证的重点,这是美国与以色列合作进行的一个项目;TRW公司的“中红外先进激光器”(MIRACL)也采用氟化氘激光器,是美国唯一达到兆瓦级的激光器,已结合“海上光束引导系统”(Sea-Lite Beam Director System),完成了一系列试验,包括1987年打下5架亚音速BQM-34靶机,1989年成功拦截超音速“汪达尔人”导弹靶机。在取得这些成功的基础上,合同商提议在海上进行工程样机论证,但美国海军认为氟化氘激光的波长不合适。

20世纪90年代,人们开始在固态激光器的基础上研制军用激光器,它是一种定向能武器。1995年,美国国防高级研究计划署启动了一个研制项目,论证了输出功率250W的二极管抽运固态激光器。这种激光器主要有3个问题:一是二极管费用,每瓦功率需要10~20美元,对于10kW以上的激光器来说比较昂贵;二是效率只有9%~19%;三是耐高温性差,废热传输复杂。据美国空军估算,摧毁小型战术导弹所需的最小能量为100kJ左右。这种激光器本身尺寸较小,主要是冷却问题,美国空军认为在战术飞机上可采用自然环境冷却的方式,这种方式具有较好发展前景。

2002年9月,“联合大功率固态激光器”(JHPSSL)项目启动,该项目属于大功率的定向能武器,诺斯洛普·格鲁门获得研制合同。2006年,诺·格公司开始研制100kW激光器(定向能武器)。2007年9月,该公司研制出高功率增益模块,输出功率达到3.9kW,并以20.6%的效率持续运行了500s。同年杰斐逊实验室研制出了波长1.6μm、平均功率14.3kW的自由电子激光器(定向能武器),这种波长适于海上应用。美国正在研制功率1~3μW的自由电子激光武器(定向能武器),射程5~20km,用于航母编队防御,样机预计2020年研制出来。2007年12月20日,“联合大功率固态激光器”项目的第1个实验型激光器链——“激光器链1”(LC1)成功演示,该项目是一种定向能武器。

2008年9月,诺·格公司负责研发的美国军用“联合大功率固态激光器”(JHPSSL)计划通过了第3阶段的第3个关键节点,激光功率达30kW,光束质量达理论限制的2.1倍,并保持该性能指标超过5min,总运行时间超过40min,电光转换效率超过了19%.该计划的目的是开发可用于巡航导弹防御的、功率为100kW级的固态激光器。通过这次示范,证明设计100kW的固态激光器已经没有问题。2009年4月,美国海军研究局授予波音公司公司价值1.63亿美元的合同,用于开发自由电子激光武器,它一种新型定向能武器。2010年3月,波音公司成功完成了美国海军自由电子激光武器系统(定向能武器)的初步设计,下一步将制造样机用于海上试验。同年5月及7月,美国海军激光武器系统(LaWS)项目进行了一系列试验,使用固体激光器在海洋环境中成功击落多架无人机

分类

高功率微波武器

高功率微波是指峰值功率在100MW以上、频率为1~300GHz的一种强电磁脉冲。高功率微波武器在无线电和微波频率的广谱上产生电磁能量束(窄带和宽带),对目标系统内的电子设备造成一系列暂时或永久的影响。HPM武器主要分为电磁脉冲弹和高功率微波炮,而电磁脉冲弹是由飞机投放或导弹、火炮发射的。随着高功率微波技术的不断增强,高功率微波武器在未来战争中发挥的作用更加突出,这将是未来信息对抗、空间攻防对抗的主要武器装备。目前,世界发达国家都很重视高功率微波技术的发展,但从总体发展水平来讲,美国和俄罗斯的研究水平最高。

高功率微波武器通常由初级能源系统、脉冲驱动源系统、高功率微波器件系统、高功率微波发射系统、控制系统、跟瞄系统以及相应的运载平台组成,如下图所示。

高能激光武器

激光武器已经成为未来大国战略制衡,改变战争样式的重要手段。战术级高能激光武器(high energy laser weapon)正快速迈入实战化应用阶段。美国陆军第一种高能激光武器被安装在Stryker军用车辆上,在俄克拉何马州锡尔堡的测试中使用,进行了对抗一系列可能的战斗射击场景。

高能激光武器利用高功率激光的热效应、光电效应和热力耦合等效应直接使目标失效甚至毁伤,具有快速响应、打击精准、弹药成本低廉、战场保障简单和作战隐蔽不易追溯等优点,可以在诸如要地防御、导弹拦截、卫星对抗和蜂群对抗等现代局部作战场景中发挥独特作用,逐渐成为可适应未来信息化高技术战争的主战武器之一。

现代新概念强激光武器,多采用电脉冲功率泵浦。这类强激光武器的激光器主要有电泵浦CO₂激光器、准分子强激光器、自由电子激光器(放大型和振荡器型)、软X射线激光器。

激光二极管泵浦固体激光器(laser diode pumped 固体 state laser,DPSSL)具有半导体激光器和固体激光器的双重优点,具有体积小、效率高、可靠性好、工作寿命长和可全固体等特性,在国防、科研、医疗、加工等领域有着广泛的应用,是当前固体激光器的一个重要发展方向。激光器驱动电源由直流充电电源、储能电容、脉冲恒流调制电路和控制系统等组成,其原理框图如下图所示。激光器驱动电源工作原理是:直流充电电源为储能电容提供直流电压,通过脉冲恒流调制电路进行调制,形成满足频率、幅值等要求的脉冲电流波形并将其输出到负载上。控制系统根据设定工作参数,输出相应的信号到直流充电电源和脉冲恒流调制电路,在每个脉冲周期内对绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar 晶体管,IGBT)开关两端电压进行检测,据此判断充电电压是否达到要求,如不满足要求则在充电时序内调节充电电压基准,对直流充电电源输出电压值进行自动调节,实现驱动电源输出电压的负载自适应,并根据电流采样反馈电路动态调整工作在线性区的IGBT压降以实现脉冲恒流输出。

脉冲恒流调制电路原理图如下图所示,脉冲形成电路选用IGBT作调整管。根据IGBT的转移特性曲线图,当栅极和发射极之间的电压小于开启电压Uce时,IGBT处于关断状态。在IGBT导通后的大部分集电极电流范围内,Ic与Uce呈线性关系,通过调节Uce就能调节IGBT的输出电流,从而达到稳流输出的目的。通过控制脉冲电压Uce的频率、脉宽、幅值来实现频率、脉宽、幅值可调的大脉冲电流。脉冲恒流调制电路工作时,调整管工作于线性调整状态,以保证脉冲顶部的平坦,输出受控于脉冲顶部电流抽样电路的反馈信号,用于控制脉冲电流和提供过流保护。调整管的供电电压由脉冲顶部电压决定,保证供电电压与顶部电压有一个稳定的压差,使调整管在脉冲顶部工作于线性区。为保证脉冲大电流供电,采用储能电容

粒子束武器

粒子束武器(particle beam weapon)的原理框图如下图所示。能源和储能器提供粒子加速器所需的能量,高能强流粒子加速器将注入的电子、质子、重离子等粒子加速到接近光速,使其具有极高的动能,然后用电磁透镜将它们聚集成密集的高能束流射向目标,通过它们与目标物质发生强烈的相互作用,在极短时间内把极大的能量传给目标,以此对目标造成软破坏或摧毁,达到毁伤目标的效果。

作用原理

定向能武器能把具有足够能量密度的“电磁能子弹”射到目标上从而使其关键部件受到致命性的损伤或破坏。高能激光器和高功率微波器具有不同的工作机制,因而各有优缺点,但在很大程度上它们的作用又是互补的。高能激光器比高功率微波武器的波长短得多,产生的电磁能射束也窄得多。激光炮能够非常准确地照射到所要攻击目标的选定点上,并在该点上造成严重的破坏;高功率微波武器则不同,它攻击的范围更大,可覆盖一个以上的目标,给电子部件、电子系统造成更为错综复杂的破坏。高能激光武器必须准确并指向目标选定的攻击点(易损区);高功率微波武器只需要大致指向目标。高能激光武器不能穿过云层工作,而高功率微波武器基本上不受云层影响。高能激光武器是通过热效应来加热、熔化或汽化目标上被瞄准攻击的比较小的区域;高功率微波武器则是在整个目标上造成一个强电场,并通过各个缝隙和引线耦合到目标内部,摧毁或损坏目标内的敏感电子无部件。因此,针对高功率微波武器所采取的加固方法,不能有效地防御高能激光器的威胁,反之亦然。

目标上的能量密度是定向能武器的关键性杀伤参数。当用激光炮对付导弹和大多数地面与空中目标时,能量密度约1kJ/cm²,或功率密度在100~10000W/cm²,光斑尺寸为1cm到几十厘米。光斑尺寸是高能激光武器的重要因素,因为杀伤所需的激光能量大致与辐照点的面积成正比。使目标上的辐照面积最小,以产生大的杀伤效应,是获得高的能量效率和体积小、重量轻的武器的关键。目标辐照度P(W/cm²)也是高功率微波武器极为关键的参数,高功率微波武器的工作范围为1W/cm²到每平方厘米几十瓦。

关键技术

脉冲驱动源技术

脉冲驱动源技术主要是压缩初级能源提供的能量,为高功率微波产生器件提供强流电子束或电脉冲的技术。初级能源是为整个航空武器系统提供电能,针对运载平台不同,大部分选用发电机和大型蓄电池。初级能源的高效率、小型化是目前需要突破的关键,由于锂电池的储能密度高,目前采用全锂电池的初级能源方案,能够大大降低武器系统的质量。脉冲功率技术正朝着窄脉宽、快脉冲、高重频及小型化的方向发展,通常采用脉冲形成线技术和Marx发生器技术。如俄罗斯的sinus系列加速器采用的是脉冲变压器和单脉冲形成线一体化技术。

高功率微波产生技术

高功率微波产生技术是对脉冲驱动源产生的电子束进行调制,进而产生高功率微波的技术,是整个系统的“心脏”,产生的微波能量越强、功率越高,微波武器的作用距离越远、杀伤力越大。按照工作原理一般分为振荡器和放大器,振荡器输出频率的稳定性较差,主要有磁绝缘线振荡器、相对论返波振荡器及虚阴极振荡器等;放大器则以相对论速调管放大器为主,具有高效率、高功率、适合重频运行的优点,输出功率高达吉瓦级。

高功率微波发射技术

高功率微波发射技术主要是将高功率微波发射出去,从而准确打击目标的技术。一般通过跟瞄系统锁定目标并传给伺服单元,伺服单元控制发射方位,发射单元对目标进行定向发射,造成对目标的精确打击。其中,伺服单元的定位速度越快,波束的调转速度越快,进而打击目标的速度越快。发射单元通常采用反射面天线、喇叭天线、阵列天线等。通过提高天线的增益,可提高微波输出的等效辐射功率,从而增强航空武器系统对目标的杀伤能力。同时,需要尽量抑制副瓣,避免对设备和己方人员造成不良的影响。

优点

光速攻击目标

定向能武器最主要的特点是以光速去攻击目标。光速为30万km/s,约100马赫,飞行1km只须3.3μs(lμs=1/100万s),这对于时间紧迫的作点或远程作战来说,是一个十分重要的因素。因为就常规武器而言,目标的暴露时间比其发射时的飞出时间还短,等你发现目标但又还没有发射出防御性武器时,来袭目标已飞出你的攻击视野了。

不受重力和空气动力的影响

对常规武器来讲,这些因素是束缚和制约着其设计和作战性能的因素。

强大的破坏力

通过选择不同等级的发射功率和辐照时间,可以对目标造成从功能受损到彻底摧毁等不同程序的破坏。

攻击的目标

主要包括导弹(弹道导弹、巡舰导弹、反舰导弹等);飞机/无人驾驶飞机;精确制导武器传感器电子系统、电子控制及通信系统;作战人员。由于定向能武器是以光速攻击目标(俗称零飞行时间),攻击的能量密度大,既能进行“硬破坏”又可实施“软杀伤”,因而这种武器可为未来战争提供一种大量摧毁敌方航空武器系统的新方法,并将使未来战争的作战方式产生根本性的变化。定向能武器虽有许多优点,但其技术远未成熟。目前高功率装置的体积和重量,气象条件对激光传输的影响,以及新技术发展中所面临的若干固有障碍和难点,都将继续成为定向能武器系统向实践系统转化中所面临的挑战。

其他

1.每次交战所耗的子弹是电能(或化学燃料),而不是弹药本射,这就意味着,“从弹药库”变成“燃料库”,其容量大大增加。

2.交战时的单发成本低,因而在训练和试验中可以随意使用。

缺点

定向能武器的缺点是单色性或窄带宽,即频谱范围小(例如,只要在探测器前加一块截止滤光片,蓝色波长激光就无法成功干扰红色波长探测器)。

武器举例

高能激光武器

MEHEL机动远征高能激光炮

MEHEL是美国陆军提出,由波音公司通用动力联合研发的以“斯特赖克”为载具的陆基机动式高能光纤激光炮。其原理是将多路光纤激光束合成为一路能量集中的高能主光束,可根据作战需要增减光纤激光束数量,电光能量转换率达43%。该系统专门用于拦截敌方无人机迫击炮以及火箭弹,供野战部队使用。

美国军队于2016年4月使用MEHEL多次发射2千瓦的激光束,击落了包括4旋翼无人机、大型固定翼无人机在内的多种无人机数量达21架,其中最大的为25千克级,初步验证了MEHEL系统的作战能力。2017年4月,MEHEL在美国福特·希尔陆军基地举行的演习中发射5千瓦激光束10~15秒,将50余架10千克级重的小型无人机击毁。2018年进行了18千瓦级激光束试射,预计未来几年“斯特赖克”战车将配备50千瓦的激光器。

ATHENA“雅典娜”激光武器

ATHENA是由洛·马公司为美国陆军研制的一种地面机动式光纤激光武器,功率可达30千瓦,主要作为未来技术试验验证的平台,用于研发战场激光炮,用于打击间接火力、无人机导弹、飞机和简易爆炸装置等。ATHENA激光武器也采用了多路光纤激光束合成技术。

2017年8月,洛克希德·马丁公司的ATHENA激光武器系统在白沙导弹靶场击落了5架翼展3米的无人机,展示了车载陆基激光武器在反无人机领域的作用。目前该系统的载具为重型移动战术卡车,如图1所示。未来将能安装在军用飞机与军舰上。

HELWS-MRZR机动高能激光武器

HELWS-MRZR是雷神公司推出的最新小型机动激光炮系统,最大特点是可直接伴随空降兵空投至前线作战。MRZR是指该激光武器搭载的平台,由美国“北极星”公司为美国军队特战队研发的超轻型全地形突击车代号,该车全重伤务覈据能搭载680千克载荷,最高时速达96千米/小时,可直接使用C-130运输机空投,或驶入V-22鱼鹰式倾转旋翼机“鱼鹰”倾转旋翼机随前线部队快速部署,如图2所示。2018年1月,美军测试用HELWS-MRZR远距击毁“大疆创新精灵”无人机,如图3所示。HELWS-MRZR系统全重不超过700千克,标志着激光炮小型化取得了新进展,向实用化迈进了一大步。

HELTVD高能激光战术车辆演示项目

HELTVD是由雷神公司为美国陆军研制的中型战术车载式100千瓦激光武器系统,是“间接火力保护能力”增量2拦截项目的演示验证项目的一部分,该系统由多光谱瞄准传感器、光纤组合激光器、动力温控子系统采用集成封装技术组成,可摧毁来袭的火箭弹、高爆弹炮弹和迫击炮或小型无人机

2018年7月,美国雷神公司开始为美国陆军研制车载式100千瓦激光武器系统,即价值1000万美元的“高能激光战术车辆演示验证”(HELTVD)研制项目。2019年5月,美国陆军授予项目主承包商Dynetics公司1.3亿美元的合同,用于开发并测试HELTVD项目,即100千瓦级激光武器系统,该系统将为战场提供一种简单、低成本的解决方案。美国陆军计划在2027年之前将激光炮纳入其空中和导弹近程防御武器库。

HELIOS高能激光与综合光学杀伤监视系统

美海军计划配备的HELIOS高能激光炮,是首个在一个武器系统中集成了三种作战功能的激光武器。第一种功能是“硬杀伤”,主要通过一种高能光纤激光器,可快速发射60~150千瓦级的高能激光束,令敌方小型舰船或无人机瘫痪或毁坏。第二种功能是“软杀伤”通过使用功率较低的激光,使敌方无人机上的光电/红外传感器“目眩”或被迷惑,精确瘫痪其“情报、监视及侦察”设备,适用于执行一些高敏感任务。第三种功能是除了“软、硬”杀伤目标外,还可利用相关光学系统收集有关舰艇周围广大区域的情报、监视和侦察信息,与基于雷达的“宙斯盾”作战系统共享,让美军战舰在获得更强的态势感知能力的同时,具备更强大的反弹道导弹能力。

2018年,洛·马公司与美国海军签订价值1.5亿美元的两套HELIOS武器系统合同,其中一套用于陆上测试,另一套加装在军舰上。洛·马公司将于2020财年将这套激光系统交付美国海军。美国海军计划于2021年前将HELIOS系统部署在位于西海岸的“阿利·伯克”级Flight IIA型驱逐舰上.该系统能发射60~150千瓦的激光,主要用于打击来袭小型舰艇和无人机

HELIOS高能激光炮项目是美国长期以来实施㔢方数面海军激光武器系统”计划的重要组成部分,在2020年-2022年实现无需对战舰进行大规模改装就可快速部署的目标。

SHIELD自我防护高能激光演示器项目

SHIELD项目由美国空军研究实验室为主导,研究和验证以导弹和无人机等空中威胁目标为打击对象的战术喷气战斗机载紧凑型激光武器系统,用于武器平台的自卫,研发周期为2015年-2021年,总经费预计超过2.8亿美元。

2018年3月,美军在F-15战机上测试反无人机激光武器,该武器是由洛·马研发、耗资2600万美元,计划于2021年能够首次进行发射50千瓦的激光试验,将周边的无人机或导弹摧毁。

2019年5月,雷神公司美国空军提供了一种低成本反无人机解决方案,并演示了激光炮的反无人机能力。该系统安装在“北极星”全地形车上,与雷神公司的多光谱目标系统一起工作,能够探测、识别和跟踪无人机,并利用激光击毁无人机[10]。此外,洛·马、波音和诺·格共同开发的机载激光防御系统,于2019年4月通过了几项测试,其中美空军研究实验室成功击落多枚飞行中的空射导弹,完成了高级技术演示计划,技术可行性得到了验证。该激光系统可作为飞机的主动防御激光武器,还可用于预警机、空中加油机等平台上。

CLaWS“利爪”紧凑型激光武器系统项目

CLaWS是由波音公司开发的紧凑式、小型激光武器系统。重约272千克,功率为2~10kW,可以集成在作战车辆上,也可安装在支架上使用,便于携带,可作为供地面作战人员使用的陆基激光武器,防御小型监视型无人机甚至自杀式无人机,如下图所示。ClaWS使用光纤激光器,有2kW、5kW或10kW几个不同的型别可供选择。海军陆战队已在2018年夏季接收了2kW型别的ClaWS。2019年6月,美海军陆战队完成5kW陆基激光武器反无人机测试,目前样机已交付海军陆战队,用于反无人机任务。“利爪”的主要攻击目标是Ⅰ类和Ⅱ类无人机(重量在25千克以下),对于小型无人机,“利爪”能够在数分钟内击落十余个目标。

高能微波武器

Phaser反无人机装置

Phaser系统是由雷神公司为美国陆军开发的一款用于防空的高功率微波武器,又称反无人机大炮。Phaser系统能够用自身雷达发现和跟踪威胁,或由另外的传感器系统提供相关数据资料。系统的参数可以设置为“破坏”或者“摧毁”。

2013年9月到10月间,雷神公司在美国陆军卓越火力中心的试验中,用陆基的Phaser系统击毁了2架小型无人机。雷神公司在2016年6月利用安装器1台车上的Phaser系统摧毁一个飞行的无人机群。2016年9月在实弹试验中击落了1架Flanker无人机和1架Tempest无人机。在试验中,Phaser航空武器系统不仅能够击落无人机及其集群,还能够摧毁目标范围内的汽车、坦克、直升机及其他电子设备。自2013年试验以来,Phaser的有效载荷尺寸已减小了一半。2017年5月,美国陆军举行了“机动火力综合试验”(MFIX)的演习,雷神公司利用其先进的高功率微波武器激光炮共击落了45架无人机。高功率微波武器 (HPM)与多个无人机群作战,击落了33架无人机,每次可击落两到三架无人机。

C-UAS反无人机系统

C-UAS反无人机系统是洛·马公司为美陆军开发的高功率微波反无人机系统,旨在发展一种以无人机为运载平台的高功率微波系统,用来有效打击敌方无人机系统。

2018年8月,美陆军从洛·马公司采购一架C-UAS反无人机系统,这种高功率微波武器将为无人机平台间的对抗提供更为高效的作战样式。该系统装载在无人机的武器包括:炸药、高效能微波系统等。高效能微波系统是非致命武器,是类似使用电磁脉冲破坏电子设备的系统,可以摧毁对方无人机的天线、数据网路、导航和通讯系统,致使电光传感器失明。美国陆军与该公司就研制和集成高功率微波(HPM)的反无人机系统进行协商,以使其能够及时有效地应对敌方的无人机系统。

THOR战术高功率作战响应器系统

THOR系统是由美国空军研究实验室(AFRL)、BAE系统公司、Leidos公司以及Verus Research公司联合开发的高功率微波武器系统,旨在保护部署在世界各地的军事基地免受无人机蜂群的袭扰。该系统历时18个月,耗资约1500万美元。

THOR系统由发电机供电,通过笔记本电脑控制,可安放在方舱中快速部署,具有较强的机动性。该系统可快速进行360度的水平旋转和上下移动,在极短时间内利用短脉冲高功率微波打击不同方向的无人机。2019年6月,美国空军在科特兰空军基地展示了这种反无人机微波武器,轻松地击落了一架盘旋在空中的无人机。该武器就像一个手电筒,以圆锥形范围照射空中,所有范围内的无人机都会被击落。面对大量来袭无人机群,传统反无人机系统只能提供有限的保护,而该系统可以一次击落50架以上的无人机。美国空军从2019年早春就开始初步测试THOR系统,未来还将对THOR系统进行进一步测试,用于对抗近程目标。

分布式射频功率

“分布式射频功率”是美国海军在2018年电子战技术工业日上向工业界征集下一代电子战技术的提案中的一个技术领域,旨在使用大量的小型无人船和无人机来构造一个能够发射超大射频功率的天线,其发射的功率相当于黑洞喷流或γ射线爆发的功率。“分布式射频功率”产生的超强功率可用于烧毁敌人的电子设备。

作战场景

日常维权

针对各类侦察袭扰、越界侵权等违法活动,在警告劝离无效的情况下,可及时使用定向能武器照射敌方目标,维护合法权益。一是拒止迫停。利用定向能武器照射敌方车辆、舰船、飞机等目标,影响其通信与控制系统工作,迫使其停止前进。二是人员驱离。利用激光、微波等高能量密度电磁波的生物效应,产生眩晕、灼烧等效果,拒止驱离人员。

灰色博弈

电磁空间日益成为大国在“灰色地带”博弈较量的重要战场,适时利用定向能武器实施灰色博弈,可塑造有利斗争态势。一是对等反制。在敌方使用定向能武器时,可采取对等反制措施。二是有限试探。利用定向能非接触、难取证的特点,适时主动发起攻击,试探对手的电磁感知能力、电磁防护能力、电磁攻击能力,在不越过战争门槛的情况下,探明对手战略意图、战争底线、行动规律等信息。三是诱导胁迫。利用定向能武器的非对称作战优势,针对敌方“软肋”实施模糊隐蔽的战术行动,引导敌方进行高消耗、低效率的大范围防御部署,增加其军事成本,迫使其因无力应对而改变对策。

分级威慑

针对敌方在战略上担心高价值目标和作战体系被毁的心理,可以通过综合运用多种定向能力量手段显形示强,展示在电磁空间的作战实力、作战手段和作战决心,增大敌方的顾虑和忌惮,从而慑阻敌方战略目的。一是显形威慑。通过适时展示战略型定向能武器装备、公布战略红线和作战规则等方式,展示军事实力和决心。二是示强威慑。通过灵活组织多类型定向能毁伤技术试验、联合演习等方式,展示定向能武器强大的作战效能,传递威慑意图,慑止对手相关企图。三是警示威慑。根据对抗态势发展,在非军事手段警告无效的情况下,利用定向能武器对敌关键目标实施电磁干扰示警,增强敌人战争损耗忧虑。

多维破击

针对敌人作战体系高度依赖网络信息体系的局面,综合运用定向能武器对敌人关键信息节点实施多维多向多级精准破击,大幅降低其体系的运行效能甚至使整个体系陷入瘫痪。一是对空破击:信息压制,即对敌预警机、RC-135战略侦察机等平台进行干扰阻滞,使其无法获取情报;无人破击,即运用无人机载小型定向能武器,采用“狼入羊群”战术,突入敌无人机群实施高能毁伤或致盲。二是对海破击:电磁毁瘫,即对敌方岛链基地、海上预置作战节点等侦察、通信、指挥枢纽实施电磁毁瘫;信息拒止,即运用岸基定向能设备建立信息拒止环境;舰队破击,即运用舰载定向能武器破击敌航母战斗群、舰船编队。三是对地破击:电磁失能,即利用机载高功率微波武器对地面目标实施电磁毁伤;穿透打击,即运用机载强激光武器烧毁地面目标的关键部位,使其丧失作战效能。四是对网破击:网络袭扰,即运用多域定向能武器对敌作战指挥网络、关键通信节点、侦察预警链路等进行持续隐蔽干扰和精准毁瘫降效,扰乱其指挥控制和部队协同;信息封控,即综合运用定向能手段,对敌人通信核心枢纽和公用通信机房实施毁瘫,使敌军成为通信荒地、信息孤岛

联合防御

综合运用多域部署的定向能武器,采用固定阵地和机动伴随等方式,构筑多维立体防御体系,实施联合防卫,确保重要区域安全稳定。一是防空作战:反无人集群,即针对各类无人飞行平台,特别是无人机集群实施饱和攻击,建立远近结合的防卫圈,对突入的飞行器、无人集群等实施强电磁毁伤或致盲;反精确制导,即针对精确制导武器,利用地基强激光远距离干扰其光电侦察导引头,中距离利用地基高功率微波破坏信息系统,近距离利用地基强激光破坏对方来袭装备的气动外形,构建远-中-近相结合的梯次抗击防空体系。二是反弹道导弹作战:反弹道导弹,即针对各种射程远、威力大的中远程导弹等,利用激光炮实现助推段弹道导弹摧毁拦截;反高超声武器,即利用激光和高功率微波武器对高超声速武器的制导与控制电子设备进行损伤,辅助多层、分段反高超声速体系作战。

协同支援

针对联合作战对侦察、预警、通信等的广泛需求,综合运用各类定向能武器实施支援作战。一是探测引导:反隐身目标探测,即利用高功率微波作为雷达源,与接收雷达协同探测敌方目标;目标指引,即利用激光束照射目标,引导弹药精确命中目标。二是清阻破障:扫雷破障,即利用微波扫雷车实施扫雷行动;未爆物清除,即利用强激光照射地面裸露的未爆弹药,清理战场。三是应急通信,指的是将定向能用于应急通信,有效提高通信的抗干扰能力和通信距离。

发展趋势

由“新概念”逐步到“实战化应用”

美国开发的多项武汉高能激光设备制造有限公司和高功率微波反无人机武器系统完成了概念演示验证,并进行了部分采购,逐步形成实战化装备,未来将会纳入其空中和导弹近程防御武器库。如美国已先后研发出多型机动式反无人机系统,其中最具代表性的是基于“斯特赖克”轮式战车改进的MEHEL远征机动式高能激光炮,专门用于拦截敌方无人机、迫击炮以及火箭弹,可伴随野战部队部署。HELIOS高能激光炮也将在2020年—2022年实现无需对战舰进行大规模改装就可快速部署。

反无人机蜂群的主流

无人机蜂群通过自主或人工控制,无人机之间进行组网、通信、数据共享,在发射或投放出去后能自主编队,集中到一起,互相配合,完成对区域目标的电子战或攻击任务。无人机蜂群实施对敌攻击的新发展方向,将是未来的主要作战样式之一。传统的反无人机武器在应对无人机蜂群时显得力不从心。定向能武器特有的毁伤机理和作战效能,具备软硬多重的毁伤效应,能够有效地应对无人机蜂群的现实威胁。如2017年5月,美国陆军在“机动火力综合试验”(MFIX)的演习中,利用高功率微波和激光炮击落了45架无人机,其中高功率微波武器与多个无人机群作战,击落了33架无人机,每次可击落2~3架。2019年6月,美海军陆战队利用“利爪”万在数据分钟内击落十余架小型无人机。2019年9月,雷神公司为美空军制造先进高功率微波系统,计划部署至海外部队,利用高功率微波的宽波束一次性同时摧毁多架无人机。由此,定向能武器也将成为未来反无人机蜂群的主流装备。

多功能、智能化、察打一体化

反无人机技术体系主要由探测跟踪和预警技术、毁伤技术等部分组成。在作战时,首先要对无人机进行探测跟踪和预警,然后根据实际情况选择对无人机实施火力打击,即形成多功能察打一体化反无人机系统。在地盾项目中,激光炮系统与多光谱目标系统协同工作,能够探测、识别、跟踪无人机,并利用激光击毁无人机。Phaser系统能够利用自身雷达发现和跟踪威胁对无人机群进行打击。另外,随着人工智能技术的快速发展,利用人工智能对无人机目标进行目标识别、分类,实现自主追踪、机动、瞄准和发射等,也是定向能反无人机武器系统应当具备的任务,是未来的发展趋势。

实现多种平台搭载和远距离毁伤

受体积、重量、功耗等的限制,定向能反无人机武器主要以地基平台为主。随着高功率激光和微波武器向模块化、固态化、小型化方向的快速发展,以及新材料和新技术的采用,高功率激光和微波武器的体积和重量、功耗会大大降低,陆、海、空、天平台都将具备搭载能力,定向能反无人机武器将能够实现多种平台搭载,全方位作战能力。另外,随着高功率激光和微波武器在高功率、长脉冲、高重频技术方面的逐步突破,将直接提高高功率激光和微波武器的作用距离和远距离毁伤能力。